[发明专利]一种耐热垫块用高温合金及轧钢加热炉用耐热垫块

说明书

技术领域

本发明属于高温合金材料领域，特别涉及一种用于制造耐热垫块的高温合金以及采用该合金制成的轧钢加热炉用耐热垫块。

背景技术

钢坯在轧制前必须使用连续式轧钢加热炉加热，使得钢坯依次进行预热、加热、均热（等温）三个过程，将钢坯加热至特定的工艺温度，且要求钢坯的内外温度趋于一致。连续式轧钢加热炉包括有步进式加热炉和推钢式加热炉，连续式轧钢加热炉内均设置有水冷梁，在钢坯的加热过程中，炉内水冷梁上布置有耐热垫块，被加热的钢坯直接布置在耐热垫块上，耐热垫块是连续式轧钢加热炉的关键部件，其长期处于高温、高负载以及腐蚀气氛的恶劣工况下，对耐热垫块的材质要求非常严格。

1944年西屋公司的Yan Keel9A发动机采用了钴基合金HS 23精密铸造叶片，自此以后钴基高温合金开始广泛用于制造航空发动机叶片及一些防腐蚀性能要求很高的零件。1963年德国Pose marre公司开发UMCo-50合金用于制造轧钢加热炉的耐热垫块，该合金比30Cr-25Ni-Fe系列高温合金的使用温度提高300℃，不仅具有优良的高温力学性能及化学性能，而且在高温下具有自润滑功能。1983年日本开发出了采用KHR40CM合金的耐热垫块，与UMCo-50合金耐热垫块相比，KHR40CM合金工作温度提高，抗氧化性能得到增强，耐热垫块的极限高度进一步提升，减小了耐热垫块顶部与钢坯的温差，使被加热钢坯因加热温差导致出现“黑印”的可能性有效降低。现在钴基高温合金已广泛应用于全世界范围内的轧钢用步进式加热炉和推钢式加热炉。

随着对钴合金材料研究的进一步深入，材料工作者发现钴合金在高温下仍有一些不足之处：UMCo-50在600～900℃长期使用时，会析出有害的σ相，在1000℃以上长期使用时，会析出（Cr，Fe）2N片状相，导致耐热垫块的损耗量较大，容易产生严重变形，影响使用寿命。

近年来，轧钢用步进式大型板坯加热炉中开始广泛采用高效节能的汽化冷却技术，耐热垫块的使用温度也随之增加，耐热垫块上表面工作温度较水冷梁高出100℃～150℃，普遍工作在1300℃～1350℃，UMCo-50、KHR40CM合金长期工作在这样恶劣的工况条件下时，容易发生腐蚀、氧化、压缩、磨损和积瘤的问题，使用寿命无法得到有效保证。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种耐热垫块用高温合金，采用本合金制成的耐热垫块，可实现在1300℃～1350℃的轧钢加热炉炉温下使用，布置在汽化冷却水冷梁上支撑钢坯，具有较好的抗高温压缩蠕变性能、抗高温氧化性能，防止出现腐蚀、磨损和积瘤的问题，能够延长耐热垫块的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种耐热垫块用高温合金，该合金包括如下重量百分比的化学成分：

C 0.05%～0.30%，Si 0.5%～1.5%，Mn 0.5%～1.5%，Cr 26%～31%，Ni 13%～18%，W 1.5%～3.5%，Mo 1%～2%，Nb 0.5%～1.5%，Ce 0.02%～0.2%，Zr 0.02%～0.1%，Fe 0.01%～10%，其余为Co和不可避免的杂质。

本合金以Co作为基体元素，是因为Co在一定的高温和应力条件下，具有相对平坦的应变量和时间关系曲线，能够保证本合金的抗高温蠕变性能，耐热垫块是处在高温、低应力的工作环境下的静止部件，采用本合金制成的耐热垫块在高温、低应力的作用下，有效减少了压缩变形，具有抗高温压缩蠕变性能，高钴还使本合金具有良好的抗热腐蚀、抗热冲击的性能，有利于延长耐热垫块的使用寿命。同镍基合金相比，钴基合金在高温下摩擦系数较小，与被加热的钢坯的“亲和性”较低，用其制作的耐热垫块在高温环境下不易划伤钢坯，能够提高钢坯的加热质量。

本合金含有26 wt%～31 wt%的Cr，能够形成稳定、致密的Cr₂O₃层，降低合金的氧化速率，提高合金的抗高温氧化性能，特别是抗高温氧化性能。

本合金含有8 wt%～15 wt%的Ni，可以在固溶一定合金元素的同时，用于抑制有害σ相的析出从而改善合金的综合性能，以保证合金在高温下具有足够的强度和韧性。

本合金含有1.5 wt%～3.5 wt%的W和1 wt%～2 wt%的Mo，起固溶强化作用，能够提高合金再结晶温度和原子间结合力，增加γ′-γ″错配度，阻碍扩散形变，有利于降低合金层错能，从而提高本合金的高温持久强度。